Понятие напряжения в электрических сетях

Напряжение в электрических сетях
0
04/09/2017 06:25:11
Содержание:

Для того чтобы осознано понимать, что такое напряжение, надо подробно разобраться с таким природным явлением, как электричество.

Основные события в истории изучения электрических процессов

Впервые проявление электрических процессов описал древнегреческий философ Фалес в VII веке до нашей эры, потирая янтарь о шерстяную накидку. Он заметил, что после этого различные мелкие частицы, пыль, волоски шерсти и другие предметы притягиваются к кусочку янтаря. Позже, в 1600 году это явление более подробно описал англичанин Уильям Гилберт, в его работе впервые использован термин «электричество» при описании магнитных свойств различных материалов. Он первым начал рассматривать всю планету как большой магнит, в последующие 200 лет ученые проводили множество практических опытов, пытались описать напряженность формы электрического поля и другие параметры математическим способом. Джозеф Томсон, английский ученый, в 1897 году математически рассчитал существование элементарной заряженной частицы, которую назвали электрон (в переводе с греческого языка — «янтарь»). В математическом измерении принято считать, что она имеет отрицательный заряд 1,602х10-19 Кл (Кулон) с расчетной массой 9,109х10-31 кг. Именно благодаря наличию электронов в материи различных веществ и другим частицам осуществляются электрические процессы.

Электричество и единицы его измерения

Замечено, что в природе все заряженные частицы стремятся сбалансированно заполнить пространство. Перетекание электронов от одного предмета к другому при достижении равновесия принято считать электрическим током (измеряется в амперах). Электрическое напряжение потока — это разность потенциалов в предметах, разница количества отрицательных зарядов в них. Отрицательно заряженные электроны будут перетекать в направлении предмета, в котором их меньше, из того, где их больше, до достижения равновесия. К сожалению, этот процесс невозможно наблюдать наглядно, поэтому все отображается условными обозначениями. Наиболее наглядное подтверждение, из которого можно сделать выводы, что электрическое напряжение существует, просматривается в опытах с воздушными резиновыми шарами. Если натереть шарик о шерстяной свитер и приставить его к стене, он будет держаться. У многих возникает вопрос, почему это происходит? Ответ: благодаря потоку электронов электрического поля, которые накопятся в атомах шара во время трения.

На атомном уровне электрического поля можно представить, что такое напряжение, в следующем виде:

  • атом удерживает своим магнитным полем на орбите электроны, имеющие отрицательные заряды;
  • протоны с положительным зарядом располагаются в центре;
  • нейтроны электрического поля нейтральны, имеют сбалансированное положение, заряд отсутствует.
Схема движения атомов
Схема движения атомов

До трения атомы электрического поля находились в нейтральном состоянии, потом появляются дополнительные электроны, они делают атом отрицательным по отношению к атомам стены.

Движение положительных и отрицательных атомов
Движение положительных и отрицательных атомов

В атомах шара больше электронов, и при приближении его к предметам с атомами, имеющими меньшее количество электронов, шар притягивается потоком силы электрического поля.

Схема обмена атомами между материалами
Схема обмена атомами между материалами
Перетекание электронов
Перетекание электронов

Постепенно электроны в атомах стены и шара достигают сбалансированного состояния, их заряды, количество электронов и протонов уравниваются, напряженность электрического поля слабеет, электрическое напряжение становится равным нулю, и шар падает на пол. В этом случае напряжением можно назвать разницу суммарного заряда атомов шара и атомов стены в точке соприкосновения, измеряется в вольтах.

Математически это выражается формулой:

вольт = 1джоуль/1кулон.

Сила магнитного поля в 1 Дж, передвигающая заряд в 1 Кл из точки А в точку В, приравнивается к одному вольту.

В данном случае рассмотрен пример возникновения статического электричества, которое практически не используется как источник энергии. В большей части от него защищают электрооборудование и высокоточные приборы путем экранирования и заземления корпусов. Даже обычная ходьба по напольному покрытию из разных материалов создает большое напряжение тока, разность потенциалов достигает десятков тысяч вольт.

Примеры возникновения статического электричества и величина напряжения в вольтах

  Действие/события

 влажность

10%

45%

50%

Движения на ковровом покрытии

35000 В

15500 В

7550 В

Движения на линолеуме

12300 В

5100 В

3100 В

Извлечение микросхем из пластикового пенала

2100 В

750 В

450 В

Извлечение DIP-компонентов из винилового поддона

11500 В

4000 В

2000 В

Извлечение микросхем из пенопластовой тары

14500 В

5100 В

3550 В

Снятие блистерной упаковки с ПП

26100 В

20100 В

7100 В

Упаковка ПП в пленку с воздушными пузырьками

21200 В

11300 В

5530 В

Для наглядности работу напряжения можно сравнить с перемещением воды в соединяющихся сосудах.

Сила тока
Сила тока
Ток,напряжение и сопротивление
Ток,напряжение и сопротивление

U = U1 – U2 есть разность потенциалов (напряжение)

Напряжение равно разнице уровня воды (суммарного заряда электронов) в первом и втором резервуарах, фактически это давление воды, (напряжение, но электрического тока).

Виды напряжения

В электросетях для эксплуатации электрооборудования используются разные источники энергии, где искусственно создана разность потенциалов между полюсами. Поэтому надо понимать, какое бывает напряжение. В автомобилях это аккумуляторы с электрическим напряжением 12 или 24 В, в промышленных электросетях напряжение 220 или 380 В переменного тока, создается генераторами и понижающими трансформаторами.

Виды напряжения
Виды напряжения
  • Постоянное напряжение — когда на полюсах источника питания всегда одноименные заряды: на одном постоянно плюс, а на другом — минус (батарейка или аккумулятор), напряжение на аккумуляторах считается постоянным, и ток течет в одном направлении.
  • Переменное напряжение в цепи получается при периодичной смене полярностей на полюсах источника питания, при этом поток электронов меняет направление. В промышленных электросетях в основном используется частота изменения полярности 50–60 Гц. Это означает, что в 1 секунду полярность меняется 50–60 раз. Так как скорость потока электронов равна скорости света 300 000 км/с, перемещенных электронов достаточно для работы электроприборов, а при такой частоте мы даже не замечаем мигания лампочек.

Измерение напряжения

Определившись, что такое электрическое напряжение в сетях, возникает потребность его измерения. Величина напряжения в различных точках электроцепи зависит от многих факторов:

  • материала проводника;
  • сопротивления нагрузки (лампочки, спирали, паяльника или утюга и других электроприборов);
  • температуры окружающей среды и влажности.

В классическом варианте напряжение обозначается буквой U, измеряется простым вольтметром, но современные приборы многофункциональны, измеряют постоянный и переменный ток, напряжение, температуру, сопротивление и много других параметров. Поэтому обычно пользуются мультиметром, главное — правильно установить режимы измерения, но эта тема требует отдельного, детального рассмотрения.

Изображение пользователя Лошкарев Владимир Александрович
Лошкарев Владимир Александрович Инженер радиотехнических систем
комментарии:
Чтобы оставить отзыв, пожалуйста, авторизируйтесь используя социальные сети.
добавить комментарий:
Нажимая кнопку Отправить вы соглашаетесь с Пользовательским соглашением и Правилами размещения информации.
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора отзыва.
Сколько денег вы тратите на ремонтные работы в год?
от 10 000 до 100 000 рублей
60% (6 ответов)
от 1 000 до 10 000 рублей
40% (4 ответа)
до 1 000 рублей
0% (0 ответов)
Всего проголосовало: 10